Требуемая мощность и расход насоса: считаем вместе!

Подбор насоса для дома с подходящими техническими параметрами – важнейшая задача при конструировании водопровода и отопления в частном доме. К покупке соответствующего оборудования стоит подойти очень ответственно. Неверный выбор оборудования почти всегда приводит к отказу и даже поломке устройства, что влечет за собой лишние денежные траты. Кроме того, неправильно подобранное оборудование зачастую является причиной перерасхода электроэнергии.

Гидронасосы имеют не один десяток характеристик, но для безошибочного выбора нужно правильно рассчитать две основные величины: напор и расход (производительность).

Напор – это сила давления, которая предается жидкости и измеряется в метрах водяного столба. Расход – это количество литров перекачиваемой жидкости в единицу времени. Обычно измеряется в литрах в час.

Расчет расхода погружного насоса.

Рассчитаем требуемые параметры для погружного насоса. Такой тип агрегатов полностью находится в перекачиваемой жидкости и может поднимать ее даже с большой глубины. Производительность агрегата должна быть немного выше суммарного расхода воды всех потребителей. Для упрощения вычисления общего потребления воды в системе приведена таблица 1. В ней указаны значения расхода потребителей в помещении: унитаз, душ, водонагреватель, умывальник и т.д.

Табл.1

После вычисления общего расхода, нужно найти расход системы. Для этого достаточно умножить суммарный расход на показатель 0,6 – 0,8. Этот коэффициент вводится с поправкой на то, что в жилище вряд ли будут параллельно работать абсолютно все потребители. Следовательно, определяемый расход будет немного ниже, чем найденный суммарный расход. Для более точного нахождения требуемой величины расхода можно воспользоваться таблицей 2. Важно помнить, что производительность насоса указывается в м3/ч, поэтому не забудьте перевести единицы измерения, просто умножив полученный показатель на 3,6.

Табл.2

Теперь разберемся во всем вышеизложенном на конкретном примере. Нам нужно рассчитать суммарный расход системы для покупки погружного насоса. Предположим, что речь идет о небольшом загородном доме.

Исходные данные:

Умывальник – 0,09 л/с;

Раковина с водоразборным краном – 0,15 л/с;

Унитаз со смывным бочком – 0,1 л/с;

Стиральная машина – 0,25 л/с;

Душевая кабина со смесителем – 0,09 л/с;

Кран для полива сада на дачном участке - 0,3 л/с.

Находим общий расход путем сложения всех исходных данных: 0,09+0,15+0,1+0,25+0,09+0,3=0,98 л/с.

Используя вторую таблицу, определяем, что для нашего дома расход системы равен 0,59 л/с. Затем вычисляем 0,59*3,6 = 2,1 м3/ч.

Соответственно, для обеспечения системы водоснабжения рассматриваемого домика нужен погружной насос производительностью 2,1 м3/ч.

Расчет напора погружного насоса

Для того, чтобы определить наиболее подходящую модель для представленного выше загородного дома, необходимо рассчитать второй важнейший показатель насоса - напор.

Погружной насос находится полностью в перекачиваемой жидкости, поэтому значением высоты между источником и устройством пренебрегаем.

Расчет производим по формуле:

Н необх. = Н потерь + Нгео + Н своб.

Н необх – искомый необходимый напор насоса,

Н потерь – совокупность потерь в системе (см. таблицу 3),

Н своб. – величина свободного напора на излив. Для расчета эту величину берут равной 15-20 метров. Эти значения обеспечат удобное пользование сантехникой в доме.

Н гео. – разность высот нахождения насосного оборудования и наивысшего элемента системы.

Потери полимерных труб приведены в третьей таблице. Скорость течения воды в трубе определенного диаметра указана обычным шрифтом. Жирным начертанием приведены потери напора на каждые 100 м горизонтального трубопровода. В четвертой таблице представлены эти же значения для труб, изготовленных из стали. В последних двух строках таблицы приведены значения потерь в различных элементах системы (тройники, задвижки, клапаны). Для правильного расчета нужно определить протяженность всех отрезков и число дополнительных элементов водопроводной системы.

Табл.3

Табл.4

Займемся вычислением величины напора скважинного насоса.

Итак, дано:

Глубина колодца - 30 м;

Расстояние от поверхности грунта до водного зеркала в колодце (статический уровень) – 10 м;

Динамический уровень воды в колодце – 15 м;

Объем воды, добываемой из колодца за час, равен 3 м3/;

Источник удален на 20 м от жилища;

Произведем расчет для двухэтажного коттеджа. Допустим, что сантехприборы находятся на втором этаже. Тогда высоту берем равную 5 м.

Сначала определяем Н гео по формуле. Н гео будет равен сумме значения динамического уровня и высшей точки системы водоснабжения (в нашем случае это санузел).

Н гео. = 15+5 = 20 м

Затем рассчитаем сумму потерь в системе. Пусть трубы в системе будут выполнены из полимерных материалов. А также предположим, что диаметр труб до дома – 40 мм, а внутри дома – 25 мм. Допустим, что в рассматриваемой системе есть 3 обратных клапана и 3 тройника. Производительность берем равную 2,1 м3/ч.

Тогда, опираясь на данные таблиц, определяем Н потерь = 2*20/100+16*5/100+3*5+3*5= 31,2 м, или округлим до 31 м.

Свободный напор для нашего примера возьмем 20 м.

Итак, 20+31+20 = 71м – это требуемый напор насоса. Округлим до 70 м.

Проанализировав расчеты, становится очевидным, что для нужд рассматриваемого дачного коттеджа нужен насос с напором около 70 м и производительностью 2,1 м3/ч.

Расчет необходимого гидроаккумулятора для водоснабжения территории

Гидроаккумулятор, или гидробак является еще одним важным элементом насоса. Это приспособление просто незаменимо для стабильной и долговечной работы насосного оборудования. Наличие гидроаккумулятора позволяет поддерживать постоянное давление в системе и защищает оборудование от преждевременных поломок.

Приведем выражение для определения емкости гидроаккумулятора:

V=((Q*1000*(1+P_вкл+∆P))/(4*n_max*∆P))*1/k

V – требуемый объем гидробака;

а – число включений насоса в час;

Q — номинальный расход насоса, который также можно рассчитать, как максимальная производительность минус 40% от нее

P_вкл – давление включения, бар;

∆P – давление включения насоса минус давление отключения насоса. Давление включения – это максимальное давление минус 10%, а давление выключения – это минимальное давление плюс 10%.

n_max – максимальное количество включений насоса в час. Этот параметр обычно равен 100.

k – коэффициент, который принято считать равным 0,9.

Таким образом, зная давление в системе, Вы можете рассчитать необходимый объем гидробака. Все насосные станции оснащены гидробаком, поскольку это незаменимая вещь в системе водоснабжения. Как правило, объемы гидроаккумуляторов равны: 20 л, 50 л, 60 л, 80 л, 100 л, 150 л, 200 л и более.

Расчет напора поверхностного насоса

Самовсасывающие насосы подают воду из баков, резервуаров, колодцев, а также открытых водоемов. Они не погружаются в воду, а находятся на поверхности в то время, как в жидкость опускается шланг. Характеризуются поверхностные насосы высокой износостойкостью и надежностью работы. Всасывание таких устройств редко превышает отметку 9 метров, но напор бывает выше 60 метров. Производительность для самовсасывающего и погружного насоса определяется одинаково, так что приступим к расчету напора агрегата.

Найдем напор поверхностного насоса, установленного ниже источника. Пусть резервуар установлен под крышей, а насос в прихожей на первом этаже коттеджа. Используем следующую формулу:

Н необх. = Н потерь + Нгео + Н своб – Н высота резервуара

Н необх – искомый напор;

Н потерь – совокупность потерь в системе. Определяется, как и в случае с колодезным аппаратом;

Н своб. – величина свободного напора (15-20 метров);

Н гео. – разница между высотой насосного оборудования и наивысшей точкой системы.

Н высота резервуара – высота между емкостью с водой и насосом.

Если агрегат установлен выше резервуара или скважины, то формула приобретает следующий вид:

Н необх. = Н потерь + Нгео + Н своб + Н высота резервуара.

В данном случае величина разницы высот между насосом и колодцем суммируется с остальными значениями формулы.

Определяем величину напора самовсасывющего поверхностного насоса.

Исходные условия к расчету:

Скважина удалена на 15 м от коттеджа;

Глубина скважины– 10 м;

Зеркало воды – 3 м;

Труба устройства опущена на 5 м. Насос находится рядом со скважиной.

Трехэтажный коттедж с ванной комнатой на втором этаже (высота 5 м);

Нгео берем 5 м (расстояние от оборудования до ванной комнаты).

Представим, что в нашей системе 2 обратных клапана, угловой поворот и 2 тройника. Труба, находящаяся за пределами коттеджа имеет диаметр 32мм, а в доме – 25 мм. Производительность нужного нам устройства равна 3 м3/ч. Тогда совокупность потерь:

Н потерь = 4,8*15/100 + 11*5/100 + 2*5 + 2*5 + 1,2 = 0,96+0,55+10+10+1,2=22,47 м

Нсвоб = 20 м.

Н высота скважины равна 5 м.

Таким образом, Нтр = 5 + 23 + 20+ 5 = 53 м.

Исходя из расчетов, нам понадобится насос с напором более 50 м. Обратите внимание, что в такой ситуации, возможно, лучше выбрать погружной тип насоса.

Расход и напор циркуляционного насоса

К выбору циркуляционного насоса следует отнестись очень серьезно, поскольку этот тип оборудования применяется в автономных отопительных системах частных домов. Выбор необходимой модели осуществляется путем определения напора и производительности оборудования. Здесь необходимо учитывать теплоноситель, который циркуляционный насос будет перекачивать.

Расчет мощности циркуляционного напора

Qн = Qнебх/(1,16*(t_r – t_x);

используем данное выражение для определения подачи (производительности) циркуляционного насоса.

Для вычислений потребуется узнать площадь дома и мощность котла (Qнеобх).

1,16 – показатель количество тепла, которое необходимо предать единичной массе воды, чтобы ее температура изменилась на единицу;

tг – температура воды на выходе, измеряется в градусах Цельсия;

tх – температура воды на входе, измеряется в градусах Цельсия;

Отметим, что разность температур для классической системы отопления равна 20 градусов, для систем с низкой температурой – 10 градусов, для отопления «теплый пол» -5-8 градусов.

Рассчитаем производительность  циркуляционного насоса на примере частного дома. Площадь дома – 150 м2. Используется труба диаметром 25 мм. Длина трубопровода 60 м. Система отопления имеет три трубы. Температура воды на выходе – 90 градусов, на входе – 70. Потеря тепла помещением равна 24 кВт.

Qн = 24кВт/(1,16 Вт*час/кг^оК * (90^оС-70^оС)) = 24000Вт/(1,16*20^оС) = 2,8 м3/ч

Нам нужен агрегат с подачей 2,8 м3/ч.

Расчет напора циркуляционного насоса

Для определения напора циркуляционного насоса нужно значение сопротивления системы.

Чтобы его высчитать воспользуемся следующим выражением:

Нтр= (R*L+∑Z)/(ρ*g)

Н тр – определяемый напор. Единица измерения -  м.

R – величина потерь в прямой трубе, Па/м.

L – совокупная протяженность трубопровода для самой удаленной точки, м.

ρ – плотность воды (1000 кг/м3). Если в качестве теплоносителя используется другая жидкость, то показатель плотности нужно уточнить в справочнике.

g – ускорение силы тяжести - 9,8 м2/с;

Z – показатель запаса для дополнительных элементов:

1,2 – для смесителя.

1,3 – для защитной арматуры.

1,7 – для вентилей.

Опытным путем найдены значения сопротивления для прямого трубопровода. Они колеблются от 100 до 150 и измеряются в Па/м.

Первоначально находим величину L= 3*(60+5)= 195 м.

Общая протяженность трубопровода между источником тепла и самой удаленной точкой равна 195 м.

Пусть в рассматриваемом примере установлено 10 арматур и 10 вентелей.

Н тр = (0,015 * 195 + 10*1,3 + 1,7*10)/1000*9,8 = (2,925+13+17)/980=0,034=3м.

Таким образом, нам необходимо установить устройство с напором 3 м и подачей 2,8 м3/ч.

Расход и напор центробежного насоса

Напор для центробежного насоса вычислим, используя следующее выражение:

Нт = (u*c*cosα)/g

u – окружная скорость;

c – скорость движения воды;

α – угол между окружной и абсолютной скоростью, 90 °.

Далее наша формула приобретает вид

Нт = u²/g*(1-(ω/u)*cosβ

Показатель β берем 180° - α  (90 °)

Часть энергии насоса уходит на одоление сопротивления в агрегате. По этой причине формула приобретает вид:

Н = Нт*η_r*ε

ɳг – КПД агрегата. Обычно для формулы берут величины в диапазоне 0,8- 0,95;

ε – показатель, учитывающий число лопаток устройства. Обычно 0,6-0,8.

Напор для погружного центробежного насоса рассчитывают так же, как и для погружного скважинного. Для поверхностного центробежного устройства используем те же формулы, что и для поверхностного насоса.

Правильное определение требуемого напора и производительности насосов – это важнейшая часть работы при выборе насосного оборудования. Магазин «Мой Мотоблок» советует Вам не лениться, а ответственно подойти к этому вопросу, и просчитать по представленным формулам все показатели. Если Вы выполните эту рутинную, но не сложную работу, то сможете рассчитать оптимальные показатели, и выберете такие устройства, которые будут работать длительное время без перебоев. Выбирая же насос «на глаз» Вы с высокой степенью вероятности столкнетесь либо с недостаточной мощностью или производительностью агрегата, либо с гидроударами, которые разрушают оборудование и значительно сокращают его срок службы.

Для того, чтобы рассчитать оптимальные показатели мощности и производительности насоса люди часто обращаются в те фирмы, которые проектируют системы отопления или водоснабжения в доме. Это неплохой вариант, однако, кто знает, насколько профессиональные сотрудники там работают. Именно поэтому, для понимания всех тонкостей и нюансов, и чтобы обезопасить Вас от некорректного выбора оборудования, магазин «Мой Мотоблок» советует просчитать все показатели самостоятельно.

Надеемся, наша статья принесла Вам пользу!